รถยนต์คันแรกไม่ได้ใช้เบนซิน แต่ใช้ไฮโดรเจน
แชร์หน้านี้
ถ้าคุณคิดว่าเชื้อเพลิงชนิดแรกของรถยนต์คือน้ำมันเบนซิน คุณก็เข้าใจผิด: เครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกในประวัติศาสตร์ทำงานด้วยส่วนผสมไฮโดรเจน-ออกซิเจนในปี 1806 นั่นหมายความว่า บรรพบุรุษของรถยนต์เบนซินคือเทคโนโลยีที่วันนี้เราตะโกนเรียกว่ารถไฮโดรเจนนั่นเอง เรื่องราวที่ย้อนตั้งแต่นักประดิษฐ์ชาวสวิส François Isaac de Rivaz ไปจนถึง Samuel Brown และจาก Étienne Lenoir ไปจนถึง Karl Benz เป็นหนึ่งในบทที่รู้จักน้อยที่สุดแต่เต็มไปด้วยความประหลาดใจที่สุดของประวัติศาสตร์ยานยนต์
ไฮไลต์สำคัญ
- เครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกทำงานด้วยไฮโดรเจนในปี 1806 ได้รับสิทธิบัตรในวันที่ 30 มกราคม 1807
- Samuel Brown ขับรถติดตั้งเครื่องยนต์แก๊สขึ้นเนิน Shooter's Hill ในวันที่ 27 พฤษภาคม 1826
- Hippomobile ของ Étienne Lenoir วิ่งด้วยไฮโดรเจนที่ผลิตจากการแยกไฟฟ้า จาก Paris ไปยัง Joinville-le-Pont (1863)
- Benz Patent-Motorwagen ได้รับสิทธิบัตรในวันที่ 29 มกราคม 1886 เท่านั้น - นั่นคือหลังจากนั้นประมาณ 80 ปี
เครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรกทำงานเมื่อไรและด้วยอะไร?
คำตอบชัดเจน: ในปี 1806 และด้วย ส่วนผสมไฮโดรเจน-ออกซิเจน ในปีนั้น François Isaac de Rivaz นายทหารปืนใหญ่ชาวสวิสเชื้อสายฝรั่งเศสที่เกิดใน Paris เริ่มทดลองเครื่องยนต์ที่ดันลูกสูบโดยการจุดส่วนผสมเชื้อเพลิงที่ระเบิดได้ภายในกระบอกสูบ แก่นแท้ของหลักการทำงานของเครื่องยนต์ที่เราใช้กันวันนี้ - เผาเชื้อเพลิงในกระบอกสูบ แล้วดันลูกสูบ - ก็คือสิ่งนี้เอง ยิ่งไปกว่านั้น เครื่องยนต์ของ de Rivaz ยังมีการจุดชนวนด้วยหัวเทียนอีกด้วย กล่าวคือ คุณสมบัติพื้นฐานสองประการของเครื่องยนต์เบนซินสมัยใหม่พร้อมอยู่ในการออกแบบชิ้นแรกนี้แล้ว
ความคิดนี้มาจากไหน? จากอาชีพทหาร ในฐานะนายทหารปืนใหญ่ เขาคุ้นเคยกับวัตถุระเบิดเป็นอย่างดี และประสบการณ์นี้นำไปสู่คำถามที่แปลกแต่ฉลาด: แทนที่จะใช้ไอน้ำ ทำไมไม่ดันลูกสูบด้วยการระเบิดโดยตรงล่ะ? เขาเริ่มการทดลองระเบิดภายในกระบอกสูบในปี 1804 และไม่นานก็สร้างเครื่องยนต์ที่ทำงานได้ขึ้นมา
รถไฮโดรเจนของ de Rivaz ทำงานอย่างไร?
จุดนี้แหละที่ทุกอย่างเริ่มสนุกขึ้นจริง ๆ เครื่องยนต์ทำงานด้วยส่วนผสมไฮโดรเจน-ออกซิเจนที่จุดชนวนในกระบอกสูบ ไฮโดรเจนอัดถูกเก็บไว้ในบอลลูน ส่วนออกซิเจนได้รับจากช่องรับอากาศแยกต่างหาก การจุดชนวนล่ะ? เกิดประกายไฟโดยการกดปุ่มจากภายนอก - ด้วยแบตเตอรี่ Volta นั่นหมายความว่า ผู้ขับขี่เป็นคนสั่งงานจังหวะกำลังแต่ละครั้งด้วยมือของตัวเอง เครื่องยนต์ไม่มีกลไกจับเวลา ทั้งการจ่ายเชื้อเพลิงและการจุดชนวนเป็นแบบแมนนวลทั้งหมด ลองนึกภาพดู: การขับรถโดยต้องกดปุ่มสำหรับจังหวะลูกสูบแต่ละครั้ง ฟิตเนส + คนขับรถในคนเดียว แต่ทางเทคนิคแล้วเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในที่แท้จริง
การส่งกำลังก็แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง แรงระเบิดดันลูกสูบขึ้นในกระบอกสูบแนวตั้ง จากนั้นเมื่อลูกสูบหนักตกลงมาด้วยน้ำหนักตัวเอง ระบบล็อกจะส่งกำลังผ่านชุดรอก-ขอบล้อและเชือกเพื่อหมุนล้อหน้าของรถ ฟังดูแปลก แต่มันก็ทำงานได้
สิทธิบัตร หมายเลข 731 ได้รับการจดทะเบียนใน Paris เมื่อวันที่ 30 มกราคม 1807 สำนักงานสิทธิบัตรของรัฐ Valais ในสวิตเซอร์แลนด์ก็ยืนยันเรื่องนี้ ในปีเดียวกันนั้น de Rivaz ติดตั้งเครื่องยนต์ทดลองลงบนรถและสามารถเดินทางได้ระยะสั้น - ยานพาหนะลำแรกที่วิ่งบนถนนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในก็เป็นทางการบนถนนแล้ว
ยักษ์ตัวของปี 1813: grand char mécanique
De Rivaz ไม่หยุดอยู่แค่นั้น และในปี 1813 เขาก็สร้างยานพาหนะที่ใหญ่กว่ามาก: ยาว 6 เมตร ล้อขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 เมตร น้ำหนักราว 1 ตัน กระบอกสูบยาว 1.5 เมตร ช่วงชักลูกสูบ 97 ซม. ส่วนผสมเชื้อเพลิงประกอบด้วยแก๊สถ่านหินราว 2 ลิตร กับอากาศ 10-12 ลิตร ทุกครั้งที่ลูกสูบชักหนึ่งครั้ง ยานพาหนะจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า 4-6 เมตร
สมรรถนะเป็นอย่างไร? ที่เมือง Vevey ของสวิตเซอร์แลนด์ ยักษ์รถคันนี้ลากของหนัก 300 กก. ทั้งก้อนหินและไม้ บวกกับคนสี่คน ขึ้นถนนที่มีความชันราว 9% ไปได้ 26 เมตร ด้วยความเร็ว 3 กม./ชม. อย่าเรียกว่าเร็วเลยนะ แต่มันคือยานพาหนะที่บรรทุกของได้และเคลื่อนที่ด้วยแรงของตัวเอง ซึ่งแม้ในสมัยนั้นก็ถือว่าเป็นความสำเร็จแล้ว
น่าเสียดายที่ทุกคนยังไม่ถูกโน้มน้าว สถาบันวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศสยืนยันว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในจะไม่มีวันไปถึงสมรรถนะของเครื่องจักรไอน้ำได้ มองย้อนกลับมาวันนี้ การคาดการณ์นั้นผิดพลาดไปแค่ไหน ใช่ไหม?
แล้วมันคือคันแรกจริงหรือ? ประเด็นเรื่อง Pyreolophore
พูดตามตรง ตำแหน่ง "เครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรก" ยังคงเป็นที่ถกเถียง พี่น้องชาวฝรั่งเศส Nicéphore และ Claude Niépce พัฒนาเครื่องยนต์ของพวกเขาชื่อ Pyreolophore ซึ่งขับเคลื่อนเรือด้วยแรงปฏิกิริยาของกระแสน้ำ ในปี 1807 และได้รับสิทธิบัตรในวันที่ 20 กรกฎาคม 1807 ส่วนสิทธิบัตรของ De Rivaz เป็นลงวันที่ 30 มกราคม 1807 ซึ่งเร็วกว่าอยู่หลายเดือน เพราะทั้งสองการออกแบบทำงานด้วยวิธีที่ต่างกัน คำถามว่า "อะไรกันแน่คือคันแรกจริง ๆ" จึงเป็นเรื่องที่เปลี่ยนไปตามนิยามที่ใช้ แต่เครื่องยนต์เครื่องแรกที่ขับเคลื่อนยานพาหนะให้เดินทางไปบนถนนนั้นเป็นของ de Rivaz อย่างไม่ต้องสงสัย
Samuel Brown และการพิชิต Shooter's Hill (1826)
วิศวกรชาวอังกฤษ Samuel Brown พัฒนาเครื่องยนต์แก๊สเครื่องแรกที่ทำงานได้จริงอย่างแน่นอนและประสบความสำเร็จในเชิงกลไก ระหว่างปี 1825-1835 ช่วงเวลาสำคัญสูงสุดคือวันที่ 27 พฤษภาคม 1826: Brown นำเครื่องยนต์ของเขามาต่อเข้ากับยานพาหนะ แล้วขึ้น Shooter's Hill ทางตะวันออกเฉียงใต้ของลอนดอน เนินชันคือบททดสอบที่โหดร้ายที่สุดสำหรับยานพาหนะที่ใช้เครื่องยนต์ และการไต่เนินครั้งนี้จบลงด้วยความพึงพอใจของผู้ชมจำนวนมาก
สเปกของเครื่องยนต์ก็น่าประทับใจ: กำลัง 4 hp 2 กระบอกสูบ ทำงานแบบแก๊สอากาศยืด และความจุ 89 ลิตร ใช่ 89 ลิตร - ยังไม่ต้องพูดถึงความจุของเครื่องยนต์ยุคเราเลย ขอหมายเหตุไว้สักนิด: แม้ Brown จะโด่งดังจากการทดสอบยานพาหนะครั้งนี้ แต่ที่รู้กันคือเครื่องยนต์แก๊ส-สุญญากาศถูกนำไปใช้ในโครงการถัดมาด้วยแก๊สถ่านหินแทนไฮโดรเจน เพื่อวัตถุประสงค์ในการสูบน้ำ นอกจากนี้ยังกล่าวกันว่า Brown ดัดแปลงเครื่องจักรไอน้ำ Newcomen เครื่องเก่าให้เผาผลาญแก๊ส - นั่นคือเส้นเชื่อมระหว่างผู้บุกเบิกสายไฮโดรเจนกับยุคไอน้ำก็ปรากฏให้เห็น ณ จุดนี้
Hippomobile ของ Lenoir: ท่องเที่ยวในปารีสด้วยไฮโดรเจน
ถึงตาบุคคลที่อาจจะโดดเด่นที่สุดในเรื่องนี้แล้ว: วิศวกรเชื้อสายเบลเยียม Jean-Joseph-Étienne Lenoir ในปี 1860 เขาได้รับสิทธิบัตรจาก Conservatoire National des Arts et Métiers ในปารีส สำหรับเครื่องยนต์อากาศที่ขยายตัวด้วยการเผาไหม้แก๊ส ในปี 1863 เขาสร้างยานพาหนะสามล้อ Hippomobile - ยานพาหนะที่ได้ชื่อมาจากรถม้านี้ติดตั้งเครื่องยนต์สันดาปภายในของตัวเอง
และนี่คือการกลับมาของไฮโดรเจน: Hippomobile มีเครื่องยนต์กระบอกเดียวที่ทำงานด้วยไฮโดรเจนซึ่งผลิตโดยแยกน้ำด้วยไฟฟ้า เครื่องยนต์ทำงานด้วยจังหวะธรรมชาติ กล่าวคือ Lenoir แยกน้ำของตัวเองเป็นไฟฟ้าและผลิตเชื้อเพลิงเอง แนวคิดที่วันนี้เรียกว่าไฮโดรเจนสีเขียว ได้วิ่งไปตามถนนในปารีสตั้งแต่ปี 1863 แล้ว
ในเดือนกันยายน 1863 Lenoir เดินทางประมาณ 10 กิโลเมตรจากห้องทำงานของเขาบนถนน Rue de la Roquette ต่อมาเขาเดินทางไปกลับจากปารีสไป Joinville-le-Pont ระยะทาง 11 กม. แต่ละทิศทางใช้เวลาประมาณ 90 นาที และความเร็วสูงสุดอยู่ที่ประมาณ ~9 กม./ชม. บันทึกอีกฉบับระบุระยะทาง 11 ไมล์และเวลา 3 ชั่วโมง ความแตกต่างน่าจะเกิดจากเส้นทางและวิธีการวัดที่ต่างกัน แต่ข้อสรุปไม่เปลี่ยน: ยานพาหนะช้ากว่าความเร็วการเดินเฉลี่ย แต่กระนั้นล้อก็หมุน และเครื่องยนต์ทำได้ด้วยเชื้อเพลิงของตัวเอง หลายปีต่อมา Lenoir เล่าว่าเขาใช้เครื่องยนต์ของเขาขับเคลื่อนรถเกวือนานหลายครั้งไปยัง Joinville-le-Pont นอกจากนี้เขายังปรับเครื่องยนต์ให้ใช้ก๊าซชนิดต่างๆ เช่น ก๊าซถ่านหิน และมีการผลิตและขายเครื่องยนต์ก๊าซ Lenoir ประมาณ 350-400 เครื่อง - นั่นคือความสำเร็จทางการค้าที่แท้จริงเป็นครั้งแรกด้วย
ผู้บุกเบิกเคียงคู่กัน: ใคร, เมื่อไหร่, ด้วยอะไร?
| ผู้บุกเบิก | ปี | เชื้อเพลิง | ความสำเร็จที่โดดเด่น |
|---|---|---|---|
| François Isaac de Rivaz | 1806-1807 | ส่วนผสมไฮโดรเจน-ออกซิเจน | เครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องแรก สิทธิบัตรแรก การเดินทางด้วยยานพาหนะครั้งแรก |
| Samuel Brown | 1826 | ก๊าซ | การไต่ถนน Shooter's Hill |
| Étienne Lenoir | 1863 | ไฮโดรเจนที่ผลิตด้วยการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า | การเดินทางปารีส-Joinville-le-Pont การผลิตเครื่องยนต์เป็นชุด |
| Karl Benz | 1885-1886 | น้ำมันเบนซิน | สิทธิบัตรที่เปิดฉากยุครถยนต์สมัยใหม่ |
Karl Benz เดินตามรอยมรดกไฮโดรเจนได้อย่างไร?
แล้วหลังจากไฮโดรเจนเดินทางมา 80 ปี ทำไมน้ำมันเบนซินจึงกลายเป็นกษัตริย์? คำตอบประกอบด้วยหลายส่วน ก่อนอื่นต้องเตรียมพื้นฐาน: ในปี 1876 Nikola Otto พัฒนาเครื่องยนต์สันดาปภายในสี่จังหวะที่ประสบความสำเร็จเครื่องแรก โดยได้แรงบันดาลใจจากข้อจำกัดของเครื่องจักรไอน้ำ เครื่องยนต์แบบทำงานสองด้านที่ใช้การจุดชนวนด้วยประกายไฟฟ้าของ Lenoir ซึ่งประดิษฐ์ระหว่างปี 1858-1860 และจดสิทธิบัตรในปี 1860 ก็เป็นวงจรสำคัญในห่วงโซ่นี้เช่นกัน
Benz ซึ่งประสบความสำเร็จทางการค้าจากเครื่องยนต์ของเขา จึงมีเวลามากขึ้นสำหรับความฝันเรื่องรถยนต์เบาที่ใช้น้ำมันเบนซิน ผลลัพธ์: ในวันที่ 29 มกราคม 1886 สิทธิบัตรสำหรับรถสามล้อ Benz Patent-Motorwagen ที่เมือง Mannheim - เอกสารระบุชื่อว่าเป็นยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ก๊าซ ยุครถยนต์สมัยใหม่เริ่มต้นขึ้นเมื่อทั้ง Benz และ Gottlieb Daimler ผลิตรถยนต์เบนซินที่ประสบความสำเร็จและใช้งานได้จริงอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ Benz จึงมักถูกยอมรับว่าเป็นผู้ประดิษฐ์รถยนต์
แต่อย่าลืมว่า: แม้แต่หน้าประวัติศาสตร์ของ Mercedes-Benz เองก็ยังกล่าวถึงผู้บุกเบิกอย่าง Rivaz, Lenoir และ Siegfried Marcus ชาวออสเตรีย โดยระบุว่าบางคนหลงเหลืออยู่แค่บนกระดาษ และบางคนสร้างเพียงยานพาหนะขนาดเล็กที่ไม่สามารถบรรทุกผู้โดยสารได้ ความเหนือกว่าของ Benz เกิดจากการที่การออกแบบที่ใช้ไฮโดรเจนไม่ใช่งานในทางปฏิบัติ และยานพาหนะเบนซินแบบวัฏจักร Otto ครอบงำพื้นที่เชิงพาณิชย์ เหตุผลทางเทคนิคอีกประการหนึ่งคือ: เครื่องยนต์ยุคแรกส่วนใหญ่ทำงานด้วยหลักบรรยากาศเหมือนกับเครื่องยนต์ไอน้ำ - นั่นคือการระเบิดไม่ได้สร้างแรงขับเคลื่อนโดยตรง แต่สร้างสุญญากาศแล้วดึงลูกสูบลงมา ระบบที่ Benz นำมาใช้มีประสิทธิภาพมากกว่า
และการที่เบนซินได้รับการสวมมงกุฎก็ไม่ได้เกิดขึ้นในคืนเดียว เบนซินเริ่มถูกมองว่าเป็นเชื้อเพลิงที่มีค่าเมื่อ ปี 1892 พร้อมกับการประดิษฐ์รถยนต์เท่านั้น การประดิษฐ์คาร์บูเรเตอร์แบบพ่นหัวเชื้อเพลิงระหว่าง ปี 1900-1910 เปิดทางให้เบนซินที่ยังไม่ผ่านการกลั่นสามารถใช้ในยานพาหนะได้ และเมื่อถึง ปี 1920 ก็มียานพาหนะเบนซิน 9 ล้านคัน วิ่งอยู่บนถนน ความได้เปรียบ 80 ปีของไฮโดรเจนจึงตกเป็นของเบนซินไป
ไฮโดรเจนกลับมาแล้วหรือวันนี้?
ส่วนที่น่าสนใจคือ: เรื่องราวยังไม่จบ เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้ไฮโดรเจนยังคงได้รับการพัฒนาอยู่ในวันนี้ และแหล่งข้อมูลจำนวนมากเห็นพ้องต้องกันว่าเครดิตในการประดิษฐ์เครื่องยนต์นี้เป็นของ de Rivaz JCB บริษัทอุปกรณ์ก่อสร้างยักษ์ใหญ่ชาวอังกฤษ ระบุว่าเป็นบริษัทอุปกรณ์ก่อสร้างแห่งแรกที่พัฒนาเครื่องยนต์สันดาปที่ใช้งานได้เต็มรูปแบบซึ่งขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน และเปิดเผยว่าได้ทดสอบมาแล้วกว่า 50,000 ชั่วโมง ในโครงการมูลค่า 100 ล้านปอนด์ ร่วมกับ วิศวกร 150 คน
ฝั่งเซลล์เชื้อเพลิงก็มีความเคลื่อนไหวเช่นกัน ตลาดยานพาหนะไฮโดรเจนสมัยใหม่มีมูลค่า 8.31 พันล้านดอลลาร์ ณ ปี 2025 และคาดการณ์การเติบโตเฉลี่ย ~20% ต่อปีในอีกห้าปีข้างหน้า รุ่นอย่าง Toyota Mirai, Hyundai Nexo และ Honda FCX Clarity วางจำหน่ายในตลาดที่เลือกสรร; และต้นทุนเซลล์เชื้อเพลิงก็ลดลง 80% ตั้งแต่ปี 2002 นั่นหมายความว่าแนวคิดของ de Rivaz ในปี 1806 ได้กลับมาอยู่บนโต๊ะอีกครั้งหลังจากผ่านไปสองศตวรรษ - คราวนี้ด้วยงบประมาณที่จริงจังกว่ามาก
รากเหง้าของเครื่องยนต์เบนซินย้อนกลับไปที่ไฮโดรเจน: บทสรุป
หากในการสนทนาเรื่องรถยนต์ครั้งต่อไปมีใครบอกว่ารถยนต์เกิดมาพร้อมกับเบนซิน ตอนนี้คุณมีการ์ดอีกใบในมือ: เครื่องยนต์ของรถยนต์เกิดมาพร้อมกับไฮโดรเจน และย้ายไปใช้เบนซินเมื่อหลายสิบปีต่อมาเท่านั้น แนวคิดที่เกิดจากประสบการณ์ทหารปืนใหญ่ของ de Rivaz นั้น - ลูกสูบหนักที่มีปุ่มและลูกโป่ง - เป็นเพียงแนวคิดที่อ่อนแอแต่เป็นของจริง; Brown ขับมันขึ้นเนิน, Lenoir พามันเดินชมถนนในปารีส และ Benz เปลี่ยนมันให้เป็นอุตสาหกรรมด้วยเบนซิน ประวัติศาสตร์บางครั้งก็วนกลับมา - และการวนรอบนี้อาจจบลงที่จุดเริ่มต้นแรกเสียด้วยซ้ำ คุณว่าอะไรน่าสนใจกว่ากัน: เรื่องราวที่เริ่มต้นด้วยไฮโดรเจนแล้วเบี่ยงเบนไปสู่เบนซิน หรือการกลับคืนสู่ไฮโดรเจนอีกครั้ง?